อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์ยอดอัจฉริยะเจ้าของทฤษฎีและสมการพลิกโลก

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้คิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอันเป็นหนึ่งในสองเสาหลักของวิชาฟิสิกส์สมัยใหม่ร่วมกับกลศาสตร์ควอนตัม ไอน์สไตน์เป็นเจ้าของสมการที่โด่งดังที่สุดในโลก E = mc2 ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการทำประโยชน์แก่ฟิสิกส์ทฤษฎีและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งเป็นก้าวที่สำคัญในวิวัฒนาการของทฤษฎีควอนตัม ไอน์สไตน์เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในคริสต์ศตวรรษที่ 20 เขามีชื่อเสียงมากกว่านักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆในประวัติศาสตร์ ไอน์สไตน์ได้กลายเป็นสัญลักษณ์ของสุดยอดความฉลาดหรือความอัจฉริยะตราบเท่าทุกวันนี้

 
ได้รับแรงบันดาลใจสู่ความยิ่งใหญ่ตั้งแต่วัยเด็ก

albert-einstein-2

ไอน์สไตน์เป็นชาวยิวเกิดที่เมืองอุล์มทางตอนใต้ของประเทศเยอรมันเมื่อปี 1879 ปีถัดมาครอบครัวย้ายไปอยู่ที่มิวนิคเพื่อประกอบธุรกิจผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า ในวัยเด็กถือว่าเป็นผู้ที่เรียนรู้ได้ช้าเนื่องจากมีความบกพร่องทางการอ่านเขียน (Dyslexia) จนครอบครัวกังวลว่าจะเรียนหนังสือได้หรือไม่ แต่เขาได้ลบความกังวลเหล่านี้ด้วยความเก่งกาจทางคณิตศาสตร์เหนือเด็กวัยเดียวกัน เขาชอบศึกษาเรียนรู้ด้วยตัวเอง ชอบแก้โจทย์คณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเป็นพิเศษ ไอน์สไตน์สามารถพิสูจน์ทฤษฎีบทเรขาคณิตได้ด้วยตัวเองตั้งแต่อายุ 12 ปี และเชี่ยวชาญแคลคูลัสเชิงอนุพันธ์และปริพันธ์ตั้งแต่อายุไม่ถึง 15 ปี ไอน์สไตน์บอกในภายหลังว่าการเป็นผู้ที่เรียนรู้ได้ช้าในวัยเด็กเป็นผลดีกับเขา การพัฒนาทฤษฎีของเขาเป็นผลมาจากความเชื่องช้านี่เอง เพราะเขามีเวลาครุ่นคิดถึงอวกาศและเวลามากกว่าเด็กคนอื่น

ไอน์สไตน์เป็นนักคิดตั้งแต่เด็ก เขาชอบปลีกตัวออกจากเด็กอื่นในวัยเดียวกันไปนั่งฝันเฟื่องและครุ่นคิดอยู่คนเดียว เขาชอบเล่นเกมปริศนาอักษรไขว้ ชอบเอาชุดก่อสร้างของเล่นมาต่อเป็นโครงสร้างที่สลับซับซ้อน ตอนอายุ 5 ปีขณะนอนป่วยอยู่บนเตียงพ่อของเขาเอาเข็มทิศมาให้เป็นของขวัญ เขาตื่นเต้นมากที่ได้เห็นพลังอันลี้ลับของมัน เข็มแม่เหล็กชี้ไปทางเดิมเสมอไม่ว่าจะหมุนเข็มทิศไปทางไหน มันจะต้องมีอะไรบางอย่างที่ซ่อนอยู่ลึกๆเบื้องหลังสรรพสิ่งอย่างแน่นอน สิ่งพิศวงนี้ตราตรึงอยู่ในใจของเขาตลอดมาและเป็นแรงขับเคลื่อนของเขาตลอดชีวิต และนี่คือจุดเริ่มต้นของการอุทิศทั้งชีวิตศึกษาเรื่องทฤษฎีสนาม (Field Theory) เพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ

 
ถึงเก่งแต่กร้าวจึงทุลักทุเลกว่าจะเรียนจบ

albert-einstein-3

ไอน์สไตน์เป็นพวกหัวก้าวหน้าและรักอิสระ ไม่ชอบการเรียนที่อยู่ในกรอบแบบแผนดั้งเดิม ไม่ชอบวิชาท่องจำ เขาต่อต้านและต่อสู้กับการใช้อำนาจบังคับทุกรูปแบบ เมื่อเข้าโรงเรียนที่เยอรมันซึ่งค่อนข้างเคร่งครัดจึงต้องประสบกับปัญหามากมาย ถึงเขาจะทำได้ดีเยี่ยมในวิชาคำนวณ แต่ค่อนข้างแย่ในวิชาภาษาและวรรณคดี ความสัมพันธ์กับคุณครูผู้สอนมีปัญหาค่อนข้างมากเพราะเขาไม่ยอมเชื่ออะไรง่ายๆ ไม่ปฎิบัติตามแบบแผนคร่ำครึ และต่อต้านการใช้อำนาจบังคับ ในสายตาคุณครูเขาจึงเป็นนักเรียนขบถ ขนาดมีครูคนหนึ่งเคยประกาศว่าคนอย่างเขาไม่มีวันได้ดิบได้ดี แม้กระทั่งคุณครูบางคนที่ชื่นชมในความอัจฉริยะด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ของไอน์สไตน์ในที่สุดก็ยังขัดแย้งกันรุนแรงด้วยความหัวแข็งของเขา

1894 ครอบครัวของไอน์สไตน์มีปัญหาด้านธุรกิจจึงย้ายจากมิวนิคไปอยู่ที่อิตาลี ทิ้งหนุ่มน้อยวัย 15 ปีให้อยู่กับญาติเพื่อเรียนชั้นมัธยมที่เหลืออีก 3 ปีให้จบก่อน แต่ไอน์สไตน์ได้ออกจากโรงเรียนกลางคันด้วยความอึดอัด เขาขอจดหมายรับรองจากหมอประจำครอบครัวว่าเขามีอาการเหนื่อยอ่อนทางจิตใจ แล้วใช้จดหมายนั้นเป็นเหตุผลออกจากโรงเรียนในช่วงวันหยุดคริสต์มาสปี 1894 และไม่กลับไปอีกเลย ไอน์สไตน์ตามไปอยู่กับครอบครัวที่อิตาลี สัญญากับพ่อแม่ว่าจะเรียนหนังสือด้วยตัวเองและเข้าเรียนที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคที่เมืองซูริคให้ได้ และระหว่างการรอเรียนต่อในปีถัดมาไอน์สไตน์ได้เขียนบทความวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกของเขาเรื่อง “การตรวจสอบสถานะของอีเธอร์ในสนามแม่เหล็ก” ด้วยวัยเพียง 16 ปี

ปี 1895 ไอน์สไตน์สอบเข้าเรียนที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคที่เมืองซูริคแต่ไม่ผ่าน ถึงเขาจะทำคะแนนได้ดีในวิชาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์แต่ตกในวิชาวรรณคดีและภาษาฝรั่งเศสไปตามฟอร์ม จึงต้องกลับไปเรียนชั้นมัธยมอีกครั้งที่เมือง Aarau ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ตามคำแนะนำของอาจารย์ใหญ่ของวิทยาลัยโพลีเทคนิค ไอน์สไตน์ชอบโรงเรียนใหม่นี้มากเพราะให้อิสระทางความคิดมากกว่าการรอบรู้ ส่งเสริมให้นักเรียนคิดเชิงมโนทัศน์ การสร้างมโนภาพ และความเป็นตัวของตัวเอง ไอน์สไตน์ได้เรียนรู้การทดลองทางความคิดด้วยการสร้างมโนภาพเป็นครั้งแรกที่นี่ และสิ่งนี้เองที่ช่วยส่งเสริมให้เขากลายเป็นนักฟิสิกส์ยอดอัจฉริยะผู้ยิ่งใหญ่แห่งยุค ก่อนอายุครบ 17 ปีไอน์สไตน์ให้พ่อยกเลิกการเป็นพลเมืองเยอรมันเพื่อหลีกเลี่ยงการถูกเรียกเข้าประจำการในกองทัพ

ปี 1896 ไอน์สไตน์จบชั้นมัธยมด้วยเกรดที่ยอดเยี่ยมและลงทะเบียนเรียนต่อในสาขาการสอนคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคที่ซึ่งเขาได้พบกับ Mileva Marić ภรรยาในอนาคต และ Marcel Grossmann เพื่อนรักผู้ปราดเปรื่องด้านคณิตศาสตร์และจดเลคเชอร์เก่ง ตลอด 4 ปีที่เรียนที่นี่ไอน์สไตน์มุ่งมั่นในฟิสิกส์ ไม่ค่อยสนใจคณิตศาสตร์ โดดเรียนบ่อย แต่ได้อาศัยเลคเชอร์ของ Grossmann ทำให้เอาตัวรอดได้ ผลการเรียนฟิสิกส์ยอดเยี่ยมมาก ส่วนคณิตศาสตร์ก็พอใช้ได้ คะแนนรวมยังเป็นที่ 1 ของชั้นเรียน แต่ด้วยความขัดแย้งทางความคิดกับอาจารย์จึงได้คะแนนวิทยานิพนธ์ต่ำมากทำให้เกรดเฉลี่ยผ่านเกณฑ์เรียนจบไปได้แบบเฉียดฉิว สิบปีต่อมาไอน์สไตน์จึงค่อยรู้ว่าเขาพลาดอย่างมหันต์ที่มองข้ามคณิตศาสตร์ทำให้เขาขาดความลึกซึ้งในบางเรื่อง จึงมีปัญหาอย่างมากเมื่อต้องใช้ในการคิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพ

 
ไม่ได้งานที่ต้องการแต่กลับเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญ

albert-einstein-4

หลังจากเรียนจบในปี 1990 ไอน์สไตน์หางานในตำแหน่งอาจารย์เป็นเวลา 2 ปีแต่ต้องพบกับความผิดหวังเรื่อยมา ระหว่างนั้นเขาได้เป็นพลเมืองของสวิตเซอร์แลนด์โดยไม่ต้องเกณฑ์ทหารด้วยเหตุผลทางการแพทย์หลังเป็นคนไร้สัญชาติมาหลายปี ขณะที่กำลังหมดหวังกับการได้งานทำ Grossmann ได้เขียนจดหมายมาบอกเรื่องตำแหน่งว่างของสำนักงานสิทธิบัตรที่กรุงเบิร์น และด้วยความช่วยเหลือของพ่อของ Grossmann ไอน์สไตน์จึงได้ทำงานในตำแหน่งผู้ช่วยตรวจสอบเอกสารระดับ 3 (ระดับต่ำสุด) เขาชอบและสนุกกับงานตรวจคำขอจดสิทธิบัตร ทำงานในหน้าที่ได้ดีจนได้เลื่อนตำแหน่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีจักรกลในเวลาไม่นานนัก

การทำงานที่สำนักงานสิทธิบัตรแม้ไม่ได้เป็นอาจารย์สอนหนังสืออย่างที่ใจต้องการแต่กลับเป็นโอกาสที่ดีมากของไอน์สไตน์ หนึ่งคืองานของเขาต้องเกี่ยวข้องคลุกคลีกับคำถามเรื่องการส่งสัญญาณไฟฟ้าและการซิงโครไนซ์ทางเวลาระหว่างระบบไฟฟ้ากับระบบทางกลที่เป็นสองปัญหาหลักทางเทคนิคซึ่งเป็นจุดสนใจของการทดลองทางความคิดในยุคนั้น และในที่สุดได้ชักนำเขาไปสู่บทสรุปอันลึกซึ้งเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงและความเกี่ยวพันพื้นฐานระหว่างอวกาศกับเวลา อีกอย่างหนึ่งคือเขาทำงานตรวจสอบคำขอจดสิทธิบัตรได้เร็วมากจนมีเวลาเหลือสำหรับการครุ่นคิดในเรื่องราวทางวิทยาศาสตร์ทุกวัน และไอน์สไตน์ได้ใช้เวลา 7 ปีที่นี่อย่างสร้างสรรค์และคุ้มค่าที่สุด

ไอน์สไตน์กับเพื่อนอีกสองคนได้ตั้งกลุ่มนัดพบปะพูดคุยถกปัญหาด้านวิทยาศาสตร์และปรัชญากันเป็นประจำ เรียกกลุ่มของตัวเองว่า The Olympia Academy โดยกำหนดให้แต่ละคนไปอ่านหนังสือผลงานของบุคคลที่โดดเด่นและน่าสนใจแล้วมาอภิปรายกันว่าใครมีความคิดเห็นอย่างไร มีผลงานของหลายคนที่มีอิทธิพลต่อความคิดและผลงานของไอน์สไตน์โดยเฉพาะ David Hume และ Immanuel Kant ในที่สุดไอน์สไตน์ก็ได้พัฒนาแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ของตัวเองขึ้นมา ประกอบกับความที่เป็นคนหัวก้าวหน้าและคิดนอกกรอบมาตั้งแต่เด็ก หลังจากนั้นอีกไม่นานจุดเปลี่ยนสำคัญของวิทยาศาสตร์จึงกำเนิดขึ้น

 
1905 ปีมหัศจรรย์ของไอน์สไตน์

albert-einstein-5

นับตั้งแต่ไอแซก นิวตันได้วางรากฐานของฟิสิกส์เมื่อตอนปลายศตวรรษที่ 17 ด้วยกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันและกฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน โลกวิทยาศาสตร์ก็อยู่ภายใต้กฎเกณฑ์นั้นมานานกว่า 200 ปี ต้นศตวรรษที่ 19 มีการค้นพบสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก่อให้เกิดการพัฒนาของฟิสิกส์ในอีกสาขาหนึ่ง จากนั้นไม่มีการค้นพบสิ่งใหม่เป็นเวลานานจนมีนักฟิสิกส์ชื่อดังท่านหนึ่งกล่าวว่า “ไม่มีอะไรใหม่ให้ค้นพบอีกแล้วในเรื่องฟิสิกส์ ทั้งหมดที่เหลืออยู่เป็นการวัดค่าให้แม่นยำมากยิ่งขึ้น” ครั้นถึงปี 1905 คำพูดนี้ได้ถูกลบล้างไปด้วยผลงานที่ยอดเยี่ยมของไอน์สไตน์

ปี 1905 ไอน์สไตน์ตีพิมพ์บทความอันทรงคุณค่าทางฟิสิกส์ถึง 4 ชิ้นด้วยกัน เริ่มจากบทความแรกเป็นการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกซึ่ง Heinrich Hertz ค้นพบเมื่อปี 1887 เป็นปรากฏการณ์ที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากวัตถุเมื่อสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง แต่ไม่มีใครอธิบายการเกิดปรากฏการณ์นี้ได้อย่างสมบูรณ์ ไอสไตน์อธิบายว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆแบบไม่ต่อเนื่องที่เรียกว่าควอนตัมหรือโฟตอน แทนที่จะเป็นคลื่นต่อเนื่องตามความเชื่อเดิม แต่ละโฟตอนมีพลังงานเท่ากับความถี่คูณค่าคงที่ตามทฤษฎีของ Max Planck และมีเฉพาะโฟตอนที่มีความถี่สูงกว่าความถี่ขีดเริ่ม (threshold frequency) ของแต่ละวัตถุเท่านั้นที่มีพลังงานมากพอที่ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาได้ การค้นพบในเรื่องนี้นำไปสู่วิวัฒนาการของทฤษฎีควอนตัม และเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในอีก 16 ปีต่อมา

บทความชิ้นที่สองเป็นการอธิบายการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนซึ่ง Robert Brown สังเกตพบละอองเกสรดอกไม้ที่ลอยอยู่ในน้ำมีการเคลื่อนที่ไปมาอย่างสะเปะสะปะไร้ทิศทางตั้งแต่ปี 1827 ไอสไตน์อธิบายว่าเกิดจากการชนของโมเลกุลของน้ำพร้อมทั้งสร้างสมการคณิตศาสตร์แสดงการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนอย่างละเอียด ผลของบทความชิ้นนี้เป็นหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าอะตอมและโมเลกุลมีอยู่จริง 3 ปีถัดมา Jean Perrin ได้ทำการทดลองพิสูจน์ว่าทฤษฎีของไอสไตน์เป็นจริงซึ่งทำให้ Perrin ได้รับางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ สมการการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของไอสไตน์ยังถูกนำไปใช้ประโยชน์ในอีกหลายกรณีรวมทั้งใช้วิเคราะห์ตลาดหุ้น

 
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและสมการพลิกโลก

albert-einstein-6

ในช่วงเวลานั้นโลกฟิสิกส์เชื่อในหลักคิดเรื่องความเร็วสัมพัทธ์ของกาลิเลโอกับหลักเวลาและอวกาศสัมบูรณ์ของนิวตัน กาลิเลโอบอกว่าไม่มีวิธีทางฟิสิกส์ใดที่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่กับวัตถุที่หยุดนิ่งได้ การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นความเร็วสัมพัทธ์ทั้งสิ้น คนที่นั่งบนเรือเห็นว่าเรือหยุดนิ่งแต่คนบนฝั่งเห็นว่าเรือเคลื่อนที่ หรือคนที่ขับรถอยู่เห็นรถคันที่วิ่งสวนมามีความเร็วมากกว่าความเร็วของรถคันเดียวกันที่คนยืนบนพื้นดินมองเห็น หากเปรียบเทียบทำนองเดียวกันคนที่อยู่บนเครื่องบินเจ็ตก็ย่อมเห็นแสงที่วิ่งสวนทางมามีความเร็วสูงกว่าคนที่อยู่บนพื้นโลก ส่วนนิวตันนั้นคิดว่าเวลามีค่าเท่ากันเสมอไม่ว่าผู้วัดจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่ง อวกาศ (พิกัด – ระยะทาง) ก็เป็นเช่นเดียวกัน และเวลากับอวกาศแยกจากกันโดยสมบูรณ์ไม่เกี่ยวข้องกัน

บทความชิ้นที่สามของไอน์สไตน์ในชื่อพลศาสตร์ไฟฟ้าของวัตถุซึ่งเคลื่อนที่ ต่อมาเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ได้เสนอแนวคิดใหม่ที่แตกต่างจากหลักคิดของนิวตันไปโดยสิ้นเชิง โดยมีสมมติฐานสำคัญอยู่ที่ความเร็วของแสงในอวกาศเท่ากันทุกผู้สังเกตไม่ว่าจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่ง และไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงอีกด้วย เวลาและอวกาศเป็นปริมาณสัมพัทธ์เปลี่ยนแปลงตามผู้สังเกตและมีความเชื่อมโยงกันแบบแยกจากกันโดยสมบูรณ์ไม่ได้ กลายเป็นโครงสร้างแบบ 4 มิติคือ 3 มิติของระยะทาง (กว้าง-ยาว-สูง) และ 1 มิติของเวลา แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็มิได้ขัดแย้งกับกฎของนิวตันในกรณีที่มีความเร็วไม่สูงมากนัก ผลของทฤษฎีนี้เกิดสิ่งเหลือเชื่อที่ไม่มีใครคาดคิดมาก่อนหลายอย่าง เช่น การยืดออกของเวลา การหดสั้นของความยาว ไม่มีวัตถุใดที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง ฯลฯ ซึ่งขัดกับความรู้สึกของคนโดยทั่วไป แม้แต่ไอน์สไตน์เองยังบอกว่าตอนที่ความคิดเรื่องนี้ผุดเข้ามาตอนแรกเขายังสับสนอยู่หลายสัปดาห์ อย่างไรก็ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพิสูจน์ยืนยันในเวลาต่อมา ปี 1971 Joseph Hafele และ Richard Keating ทำการทดลองโดยนำนาฬิกาอะตอมที่ละเอียดและแม่นยำสูงมากขึ้นเครื่องบินบินรอบโลกสองเที่ยว พบว่านาฬิกาบนเครื่องบินเดินช้ากว่านาฬิกาที่อยู่บนพื้นโลกจริงและสอดคล้องกับการทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพ ระบบ GPS ที่ใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบันซึ่งใช้การส่งสัญญาณจากดาวเทียมที่โคจรรอบโลก 24 ดวงนั้นต้องมีการปรับแก้ค่าเวลาตามทฤษฎีสัมพัทธภาพมิฉะนั้นจะไม่มีความแม่นยำเลย

บทความชิ้นที่สี่เหมือนเป็นภาคผนวกของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เป็นเรื่องความสมมูลระหว่างมวลและพลังงานซึ่งเป็นที่มาของสมการที่โด่งดังที่สุดในโลก E = mc2 ซึ่ง E คือพลังงาน, m คือมวล และ c คือความเร็วแสงในสูญญากาศ โดยนัยของสมการนี้มวลสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานได้ พลังงานก็สามารถเปลี่ยนกลับมาเป็นอนุภาคได้เช่นกัน มวลนิดเดียวสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานจำนวนมหาศาล ผลจากสมการนี้ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงแบบพลิกโลก มีเทคโนโลยีใหม่เกิดขึ้นอย่างมากมายมหาศาล เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ เครื่องมือทางการแพทย์ ระบบสื่อสารโทรคมนาคมผ่านทางดาวเทียม การหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสี รวมไปถึงการคิดค้นระเบิดปรมาณูและพลังงานนิวเคลียร์

ปี 1905 ไอน์สไตน์ยังมีผลงานสำคัญอีกชิ้นหนึ่งเป็นวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาที่เสนอต่อมหาวิทยาลัยซูริคเรื่องวิธีการใหม่ในการคำนวณขนาดของโมเลกุล ซึ่งทำให้เขาเป็นคนแรกที่คำนวณเลขอาโวกาโดร (จำนวนโมเลกุลของก๊าซ 1 โมลที่ความดันและอุณหภูมิปกติ) ได้ถูกต้องเป็นคนแรก เป็นผลงานทางวิชาการที่มีประโยชน์และมีการอ้างอิงมากที่สุดชิ้นหนึ่ง ปี 1905 จึงเป็นปีที่มหัศจรรย์ยิ่งของไอน์สไตน์และโลกวิทยาศาสตร์ ขณะที่ตอนนั้นเขามีอายุแค่ 26 ปี

 
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไขความลี้ลับของจักรวาล

albert-einstein-7

กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันอธิบายและคำนวณวงโคจรของดาวเคราะห์และวัตถุอื่นรอบดวงอาทิตย์รวมทั้งการเกิดน้ำขึ้น-น้ำลงได้เป็นอย่างดี ต่อมาสามารถใช้กฎความโน้มถ่วงของนิวตันในการส่งดาวเทียมไปโคจรรอบโลก ส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวเคราะห์ต่างๆและส่งมนุษย์ไปลงดวงจันทร์จนสำเร็จมาแล้ว แต่มีเรื่องหนึ่งที่กฎความโน้มถ่วงของนิวตันไม่สามารถอธิบายได้กลายเป็นรอยด่างและปัญหาคาใจนักฟิสิกส์มานานนับศตวรรษคือการโคจรของดาวพุธซึ่งมีลักษณะพิเศษเป็นวงรีที่มีการส่าย ตำแหน่งดาวพุธอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากที่สุดจะเคลื่อนไปเล็กน้อยตลอด นักฟิสิกส์ในยุคนั้นตั้งสมมติฐานว่าอาจมีดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากกว่าดาวพุธส่งแรงโน้มถ่วงมาทำให้ดาวพุธเกิดการส่ายอย่างที่สังเกตได้ ตั้งชื่อดาวเคราะห์ดวงนี้ว่าดาววัลแคน (Vulcan) แต่ไม่มีผู้ใดค้นพบ

ปี 1915 ไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเป็นการขยายทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษที่ใช้ได้กับการเคลื่อนที่ที่มีความเร็วสม่ำเสมอเท่านั้นให้ครอบคลุมการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งและอยู่ภายในสนามโน้มถ่วงด้วย โดยใช้เรขาคณิตของ Bernhard Riemann และ Carl Gauss เป็นพื้นฐาน แต่ก่อนที่เขาจะทำสำเร็จเขาต้องปล้ำกับปัญหาด้านคณิตศาสตร์อย่างหนัก จนต้องให้ Grossmann เพื่อนเก่าสมัยเรียนที่ตอนนั้นเป็นอาจารย์สอนคณิตศาสตร์ที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคที่เมืองซูริคช่วยเหลือ ไอน์สไตน์มีแนวคิดใหม่ว่าจักรวาลหรือเอกภพประกอบขึ้นด้วยมวลและพลังงานซึ่งเป็นตัวกำหนดมิติของกาลอวกาศ (Spacetime) แรงดึงดูดระหว่างมวลเป็นผลจากการโค้งงอของกาลอวกาศที่เกิดจากมวลและพลังงาน มีรูปร่างลักษณะเป็นไปตามสมการคณิตศาสตร์อันซับซ้อนที่เขาคิดค้นขึ้น ดวงอาทิตย์ที่มีมวลมหาศาลก่อให้เกิดความโค้งของกาลอวกาศรอบตัวมัน ดาวเคราะห์และวัตถุต่างๆเคลื่อนที่หรือโคจรตามความโค้งของกาลอวกาศรอบดวงอาทิตย์ การคำนวณวงโคจรของดาวพุธด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปให้ผลตรงกับที่สังเกตได้จริง ผลของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้พบปรากฏการณ์ใหม่อีกหลายอย่าง เช่น แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งเมื่อผ่านความโค้งของกาลอวกาศ เวลาช้าลงจากความโน้มถ่วง คลื่นความโน้มถ่วง หลุมดำ ฯลฯ

ไอน์สไตน์คิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยใช้เพียงคณิตศาสตร์และจินตนาการ ไม่มีการทดลองใดชี้นำ มีเพียงการทดลองทางความคิดของเขาเองเท่านั้น ดังนั้นในช่วงแรกจึงไม่มีใครเชื่อและเห็นว่าไม่มีประโยชน์เพราะไม่มีการทดลองใดๆมาสนับสนุนคำทำนายของทฤษฎี จนกระทั่งปี 1919 Arthur Eddington ได้พิสูจน์ด้วยการวัดแสงดาวที่ถูกดวงอาทิตย์บดบังขณะเกิดสุริยุปราคาแล้วพบว่าแสงดาวเดินทางเป็นเส้นโค้งที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เหตุการณ์ที่ตามมาคือหนังสือพิมพ์ The Times พาดหัวข่าวหน้าหนึ่งว่าทฤษฎีของนิวตันที่โลกได้ใช้มานานกว่าสองศตวรรษได้ถูกปรับปรุงเป็นครั้งแรกโดยไอน์สไตน์จนฮือฮาไปทั่วโลก หลังจากนั้นมีการทดลองพิสูจน์กันอีกหลายครั้งผลที่ออกมาล้วนสนับสนุนทฤษฎีของไอน์สไตน์ ยังไม่เคยมีครั้งใดที่พิสูจน์ได้ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปผิด

นอกจากจะสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ได้แล้ว ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังสามารถอธิบายประวัติความเป็นมาและอนาคตของเอกภพ รวมถึงหลุมดำ การขยายตัวของเอกภพ การเดินทางย้อนเวลา การมีสสารมืด ฯลฯ ได้ด้วย Paul Dirac หนึ่งในผู้คิดค้นกลศาสตร์ควอนตัมเคยกล่าวว่า “ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอาจถือว่าเป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา”

 
สุดยอดอัจฉริยะผู้มีชื่อเสียงมากที่สุดในโลก

albert-einstein-8

หลังจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการพิสูจน์ไอน์สไตน์ก็กลายเป็นผู้ที่มีชื่อเสียงซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่ค่อยธรรมดานักสำหรับนักวิทยาศาสตร์คนหนึ่ง เขาเป็นที่เคารพนับถือในความรู้แจ้งเห็นจริงในจักรวาลซึ่งช่วยสร้างแรงบันดาลใจให้แก่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก กลายเป็นแบบอย่างและสัญลักษณ์ของความฉลาดหรือความอัจฉริยะ ได้ทำงานสอนหนังสือในตำแหน่งศาสตราจารย์ในสถาบันหลายแห่งรวมทั้งที่วิทยาลัยโพลีเทคนิคเมืองซูริคที่ซึ่งเขาเรียนจบมา ไอน์สไตน์ได้เดินทางไปหลายประเทศทั้งในอเมริกา เอเชีย ตะวันออกไกล และยุโรป ได้รับการยกย่องและให้ต้อนรับเป็นอย่างดีทุกแห่งในฐานะนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่

ปี 1933 ขณะที่นาซีเรืองอำนาจในเยอรมัน ชาวยิวในเยอรมันถูกกวาดล้าง ไอน์สไตน์ถูกล็อคเป้ามีรายชื่อเป็นผู้ต้องถูกจัดการด้วยค่าหัว 5,000 ดอลลาร์ เขารู้ถึงอันตรายแต่ด้วยความเป็นห่วงนักวิทยาศาสตร์เชื้อสายยิวในเยอรมันจึงติดต่อกับรัฐบาลอังกฤษ ตุรกี และประเทศอื่นขอให้ช่วยนำพวกเขาออกจากเยอรมันและให้ที่พักพิงรวมถึงให้งานทำซึ่งได้รับความร่วมมือด้วยดี ไอน์สไตน์ช่วยพวกนักวิทยาศาสตร์เหล่านั้นได้เป็นพันคน ตัวเขาเองย้ายไปอยู่สหรัฐอเมริกาทำงานเป็นนักวิชาการที่ศูนย์วิจัย Institute for Advanced Study ในเมืองพรินซ์ตัน และได้เป็นพลเมืองของสหรัฐฯในเวลาต่อมา ปี 1939 เกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนเป็นกังวลว่าเยอรมันจะสร้างระเบิดปรมาณูได้ก่อนจึงมาปรึกษากับเขา ไอน์สไตน์เขียนจดหมายกระตุ้นเตือนถึงประธานาธิบดีรูสเวลต์และเข้าพบเป็นการส่วนตัว จากนั้นจึงเกิดโครงการแมนฮัตตัน ผลลัพธ์ของโครงการคือระเบิดปรมาณูที่ถล่มเมืองฮิโรชิมาและนางาซากิ แต่ภายหลังไอน์สไตน์กลับเป็นผู้นำในการต่อต้านและรณรงค์ให้ลดอาวุธนิวเคลียร์เพราะโดยเนื้อแท้แล้วเขาเป็นคนใฝ่สันติ

ชีวิตส่วนตัวของไอน์สไตน์ไม่ราบเรียบนัก เขามีแฟนคนแรกตอนเรียนมัธยมชื่อ Marie Winteler แต่ต้องแยกย้ายกันไปเมื่อเขาเข้าเรียนมหาวิทยาลัย ไอน์สไตน์แต่งงานกับ Mileva Marić เพื่อนร่วมชั้นเรียนที่วิทยาลัยโพลีเทคนิค มีลูกชายด้วยกัน 2 คน แต่มีปัญหากันเมื่อ Marić จับได้ว่าเขายังมีเยื่อใจต่อคนรักคนแรกอยู่ ทั้งคู่แยกกันอยู่ 5 ปีก่อนที่จะหย่ากันในปี 1919 ปีเดียวกันนั้นไอน์สไตน์แต่งงานใหม่กับ Elsa Löwenthal และอยู่ด้วยกันตลอดจนเธอป่วยเสียชีวิตในปี 1936 แต่ทั้งสองไม่มีลูกด้วยกัน มีเรื่องหนึ่งที่ไม่ค่อยพูดถึงกันคือไอน์สไตน์เป็นนักไวโอลินฝีมือเยี่ยม เขาหัดเล่นไวโอลินตั้งแต่เด็ก เป็นดาวเด่นในการแสดงคอนเสิร์ตเสมอ ตกดึกเขาชอบที่จะด้นทำนองเพลงไปเรื่อยๆขณะที่ในหัวคิดหาทางแก้ปัญหาเรื่องที่ซับซ้อน หลายครั้งที่คำตอบผุดขึ้นท่ามกลางเสียงดนตรี

ถึงจะประสบความสำเร็จอย่างมากกับผลงานการคิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพ แต่เจ้าของวาทะเด็ด “จินตนาการสำคัญกว่าความรู้” และ “การเมืองนั้นแสนสั้น แต่สมการคงอยู่ชั่วนิรันดร์” ยังสร้างผลงานทางวิชาการต่อไป ไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 300 ชิ้น และงานอื่นที่ไม่ใช่วิทยาศาสตร์อีกกว่า 150 ชิ้น ในช่วงปลายทางของชีวิตไอน์สไตน์พยายามคิดค้นทฤษฎีที่จะสามารถอธิบายแรงพื้นฐานธรรมชาติทุกชนิดได้ภายในทฤษฏีเดียวเรียกว่าทฤษฎีสนามรวม (Unified field theory) แต่ไม่สำเร็จ เขาเสียชีวิตในปี 1955 ด้วยวัย 76 ปี ทฤษฎีในฝันของไอน์สไตน์คงต้องรอยอดอัจฉริยะคนใหม่มาสานงานต่อให้ลุล่วง แต่ผลงานของเขานั้นมากมายและยิ่งใหญ่มากแทบไม่น่าเชื่อว่ามนุษย์คนหนึ่งจะทำได้ ภาพของผู้ชายผมตั้งฟูหนวดเฟิ้ม ท่าทางไม่ถือตัว นัยน์ตาเป็นประกายผู้นี้จึงกลายเป็นสัญลักษณ์ของยอดอัจฉริยะผู้ทรงภูมิปัญญาของโลกมาตั้งแต่บัดนั้นเรื่อยมาจวบจนปัจจุบัน

albert-einstein-9

 

ข้อมูลและภาพจาก wikipedia, biography, books.google.co.th

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *